CN114778866A - 一种自动化检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于传感检测领域,提供了一种自动化检测装置,包括壳体和超声波悬浮机构,壳体包括第一通道、第二通道、第三通道和密封腔,密封腔包括检测区;第一通道用于供待测样品液滴移动至检测区,第二通道用于供检测试剂液滴移动至检测区,第三通道用于供检测完成的液滴排出密封腔;超声波悬浮机构位于密封腔,超声波悬浮机构用于发出超声波,以在检测区内产生声压力场,声压力场用于使待测样品液滴和检测试剂液滴悬浮及移动,使待测样品液滴与检测试剂液滴混合形成混合液滴并悬浮,声压力场还用于使得检测完成的混合液滴移动至第三通道并排出密封腔。整个检测过程无需人工操作,降低了检测员被有毒物质感染的风险,检测过程简单,检测效率更高。
Description
技术领域
本申请涉及传感检测领域,更具体地说,是涉及一种自动化检测装置。
背景技术
生物标志物的传感检测是临床医学诊断、生物医疗等领域的基础,因此研究者致力于各种新型检测方法的研究,开发出了各种类型的具有高灵敏度、高检测效率的疾病标志物检测方法。但是,在对未知的、有传染可能性的有毒害标志物检测时,传统的检测装置通常需要人工进行取样以及将待测样品与检测试剂混合,检测过程检测员需要执行严格的隔离措施,检测过程复杂,检测效率低,且如若隔离措施没有做好,容易使得检测员被有毒物质感染。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种自动化检测装置,旨在解决现有技术中检测过程复杂、检测效率较低、容易使得检测员被有毒物质感染的技术问题。
为实现上述目的,本申请采用的技术方案是:提供一种自动化检测装置,包括:
壳体,包括第一通道、第二通道、第三通道和密封腔,密封腔包括检测区,第一通道用于供待测样品液滴进入检测区,第二通道用于供检测试剂液滴进入检测区,第三通道用于供检测完成的液滴排出密封腔;
超声波悬浮机构,位于密封腔,超声波悬浮机构与壳体连接,超声波悬浮机构用于发出超声波,以在检测区内产生声压力场,声压力场用于使位于声压力场中的待测样品液滴和检测试剂液滴悬浮及移动,使待测样品液滴与检测试剂液滴混合形成混合液滴并悬浮,声压力场还用于使得检测完成的混合液滴移动至第三通道并排出密封腔。
在一种可能的设计中,超声波悬浮机构包括超声组件,超声组件包括安装座和多个超声波换能器,多个超声波换能器呈阵列状安装在安装座上,安装座与壳体连接。
在一种可能的设计中,多个超声波换能器的超声波发射方向不同,且各超声波换能器的超声波发射方向均指向检测区。
在一种可能的设计中,安装座具有球冠状的安装面,多个超声波换能器在安装面间隔分布。
在一种可能的设计中,超声组件的数量为两个,两个超声组件分别安装于壳体中沿第一方向的相对两侧,且两个超声组件分别位于检测区的两侧。
在一种可能的设计中,安装座设置有通孔,两个安装座中,其中一者的通孔与第一通道连通,另一者的通孔与第三通道连通。
在一种可能的设计中,第二通道的数量为两个,分别为第一试剂通道和第二试剂通道,第一试剂通道与第二试剂通道分别位于壳体沿第二方向的相对两侧,第一方向与第二方向呈角度设置。
在一种可能的设计中,还包括换能器控制***,换能器控制***与各超声波换能器分别信号连接,换能器控制***用于控制各超声波换能器的相位。
在一种可能的设计中,第一通道与第三通道分别连接有控制开关,控制开关用于分别控制对应的第一通道与第三通道的开闭;第二通道的输入端设置有注射泵,第二通道的输出端设置有注射针。
在一种可能的设计中,还包括调节控制***和调节装置,调节装置与调节控制***信号连接,调节装置用于检测密封腔中的温度和湿度并将密封腔中的温度值和湿度值反馈给调节控制***,调节控制***控制调节装置将密封腔中的温度和湿度分别调节至设定温度范围内和设定湿度范围内。
本申请提供的自动化检测装置的有益效果在于:与现有技术相比,本申请的自动化检测装置,包括壳体和超声波悬浮机构。壳体包括第一通道、第二通道、第三通道和密封腔,密封腔包括检测区,第一通道用于供待测样品液滴进入检测区,第二通道用于供检测试剂液滴进入检测区,第三通道用于供检测完成的液滴排出密封腔;超声波悬浮机构位于密封腔,超声波悬浮机构与壳体连接,超声波悬浮机构用于发出超声波,以在检测区内产生声压力场,声压力场用于使位于声压力场中的待测样品液滴和检测试剂液滴悬浮及移动,使待测样品液滴与检测试剂液滴混合形成混合液滴并悬浮,声压力场还用于使得检测完成的混合液滴移动至第三通道并排出密封腔。
本申请的自动化检测装置通过设置超声波悬浮机构,超声波悬浮机构可以产生声压力场,声压力场用于使位于声压力场中的待测样品液滴和检测试剂液滴悬浮以及移动,使待测样品液滴与检测试剂液滴混合形成混合液滴并悬浮,声压力场能够促进混合液滴内部搅拌使得检测试剂与待测样品混合,声压力场还用于使得检测完成的混合液滴移动至第三通道并排出密封腔。整个检测过程无需人工操作,将大大降低检测员被有毒物质感染的风险,检测过程简单,检测效率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的部分结构示意图;
图2是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的混合液滴形成微涡旋的内部示意图;
图3是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的混合液滴在声压力场中不同时间点的内部与外部示意图;
图4是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的安装座的结构示意图;
图5是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的多个超声波换能器与驱动电路接线示意图;
图6是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的各控制***之间的控制关系示意图;
图7是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的换能器控制***的控制模块的接线示意图;
图8是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的换能器控制***的稳压模块的接线示意图;
图9是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的换能器控制***的驱动电路的接线示意图;
图10是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的换能器控制***的无线信号传输模块的接线示意图;
图11是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的换能器控制***的工作信号指示模块的接线示意图;
图12是本申请的一个实施例提供的自动化检测装置的换能器控制***的串口转换模块的接线示意图。
上述附图所涉及的标号明细如下:
100、壳体;110、密封腔;210、第一通道;221、第一试剂通道;222、第二试剂通道;230、第三通道;310、超声波换能器;320、安装座;321、固定支撑件;322、通孔;323、安装面。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
为了说明本申请所述的技术方案,以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
如图1所示,本申请的一个实施例提供了自动化检测装置,包括壳体100和超声波悬浮机构。壳体100包括第一通道210、第二通道、第三通道230和密封腔110,密封腔110包括检测区,第一通道210用于供待测样品液滴进入检测区,第二通道用于供检测试剂液滴进入检测区,第三通道230用于供检测完成的液滴排出密封腔110;超声波悬浮机构位于密封腔110,超声波悬浮机构与壳体100连接,超声波悬浮机构用于发出超声波,以在密封腔110内产生声压力场,声压力场用于使位于声压力场中的待测样品液滴和检测试剂液滴悬浮及移动,使待测样品液滴与检测试剂液滴混合形成混合液滴并悬浮,声压力场还用于使得检测完成的混合液滴移动至第三通道230然后排出密封腔110。
超声波悬浮机构可以产生声压力场,声压力场用于使位于声压力场中的待测样品液滴和检测试剂液滴悬浮及移动,使待测样品液滴与检测试剂液滴混合形成混合液滴并悬浮,声压力场能够促进混合液滴内部搅拌使得检测试剂与待测样品混合,混合液滴中的检测试剂对待测样品进行检测,检测完成之后,超声波悬浮机构改变声压力场从而控制检测完成的混合液滴移动至第三通道230,检测完成的混合液滴通过第三通道230排出密封腔110。整个检测过程无需人工操作,将大大降低检测员被有毒物质感染的风险,检测过程简单,检测效率更高。
在一种可能的设计中,壳体100的形状可以是立方体形、圆柱形或者其他形状,壳体100的制作材料可以选用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸脂、聚苯乙烯、光敏树脂、烯丙基二甘醇碳酸脂等塑胶材料,还可以选用其他材料(例如金属材料)。在一种具体实施例中,壳体100的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。如图1所示,壳体100为立方体形状,壳体100具体可为一个长宽高为10cm×10cm×17cm的封闭长方体。在一种可选实施方式中,壳体100采用透明材料制作,使得壳体100整体均呈透明状;在另一种具体实施例中,壳体100的主体部分采用金属材料制成,壳体100的侧面设置有观察口,观察口设置有透明的观察窗,观察窗嵌入观察口中,观察窗将观察口密封,观察窗可以采用塑胶材料、玻璃材料或者其他材料制成。上述采用透明材质制成壳体100或在壳体100上设置观察窗均有利于检测员从壳体100外侧观察壳体100内的检测情况。或者,在另一种可选实施方式中,在密封腔110内设置摄像头,在壳体100外侧设置显示器,通过显示器显示摄像头摄录的图像,以通过显示器观测密封腔110内的检测情况。
在一种可能的设计中,第一通道210、第二通道与第三通道230可以分别为独立于壳体100的管道,第一通道210、第二通道与第三通道230的管道材料可采用聚醚醚酮材料等塑胶材料,也可采用金属材料或者其他材料。壳体100的侧壁设置有连接孔,连接孔的数量与第一通道210、第二通道、第三通道230的总和相等,在一种具体实施例中,第一通道210、第二通道与第三通道230的数量分别为一个,则连接孔的数量为三个,第一通道210、第二通道与第三通道230分别与不同的连接孔连接,第一通道210、第二通道与第三通道230分别通过连接孔与壳体100内部的密封腔110连通。以第一通道210为例,第一通道210的一端设置有外螺纹,与第一通道210对应连接的连接孔的内部设置有与第一通道210的外螺纹配合的内螺纹,第一通道210与连接孔通过内外螺纹配合紧密连接,为了进一步提高密封腔110的密封性,第一通道210与连接孔的连接处还可使用密封胶水、密封圈等进行密封。第二通道、第三通道230与连接孔的连接方式和第一通道210与连接孔的连接方式相同,第一通道210、第二通道、第三通道230与对应的连接孔的连接方式还可以是焊接、胶合粘接等其他连接方式。
在另一种可能的设计中,第一通道210、第二通道与第三通道230可以直接与壳体100做成一体成型的结构,以第一通道210为例,在壳体100上开设贯穿壳体100厚度的孔,该孔即为第一通道210,第一通道210的长度可与壳体100的厚度相等,或者,第一通道210的至少一端可以凸出于壳体100的侧壁,例如,第一通道210的一端凸出于壳体100的外表面,第一通道210的内腔贯穿壳体100,以使得外界通过第一通道210的内腔连通密封腔110。第一通道210的伸出壳体100的外壁的部分可用于与容置待测样品的储液容器连通,例如,第一通道210可直接伸入储液容器中,或者,第一通道210的端部连接延长软管,延长软管的另一端伸入储液容器中。在第一通道210或者储液容器中可设置有泵送机构,通过泵送机构将储液容器中的待测样品输送至第一通道210。
第一通道210的形状可以是圆柱形、棱柱形或者其他任意一种形状。第二通道与第三通道230均采用与第一通道210相同的结构。
在一种可能的设计中,超声波悬浮机构包括超声组件,超声组件包括安装座320和多个超声波换能器310,多个超声波换能器310呈阵列状安装在安装座320上,安装座320与壳体100连接。多个超声波换能器310的阵列形式可以是圆形阵列、方形阵列或者其他形状的阵列。超声波换能器310的参数可为:直径10mm,高度7mm,谐振频率40kHz,输入电压20Vpp。安装座320可通过3D打印或者其他方式制作而成,安装座320的材料可采用光敏树脂等塑胶材料或者其他材料。
在一种具体实施例中,安装座320位于壳体100的一侧,壳体100内相对于安装座320的对侧设置有反射板,安装座320与反射板分别位于检测区的两侧,多个超声波换能器310固定于安装座320上,且各超声波换能器310的超声波发射方向均朝向反射板。超声波换能器310用于发射超声波,超声波传播至反射板并经过反射板的反射面反射回超声波换能器310,以使在各超声波换能器310与反射板之间形成声压力场,且检测区位于声压力场中,声压力场中具有向上的声压力,即为声悬浮力。
在一种具体实施方式中,待测样品液滴通过第一通道210进入检测区,检测区位于声压力场中,检测区的待测样品液滴同时受到声悬浮力与重力的作用,待测样品液滴受到的声悬浮力与重力抵消,使得待测样品液滴位于一个微重力环境,因此待测样品液滴得以悬浮于检测区。检测试剂液滴通过第二通道进入检测区并与检测区中的待测样品液滴混合形成混合液滴,混合液滴中的检测试剂对混合液滴中的待测样品进行检测,混合液滴检测完成之后,通过改变超声波换能器310的相位,使得各超声波换能器310与反射板之间的声压力场发生改变,从而控制混合液滴移动至第三通道230,混合液滴通过第三通道230排出密封腔110。
在声压力场中,不同区域的声压力的大小与方向均不同,因此位于声压力场的混合液滴中的不同部分所受到的声压力大小与方向也不同,混合液滴中的不同部分在声压力场的不同大小、不同方向的声压力作用下形成微涡旋搅拌,以促进待检测样品液滴与检测试剂液滴混合,使得检测效率更高。如图2和图3所示。图2为混合液滴在声压力场中形成微涡旋搅拌的示意图,图2中的实线圆表示混合液滴的边界,图2中的多个箭头分别表示混合液滴内的液体流动方向。图3中的ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ分别表示同一混合液滴位于声压力场中的同一视角下不同时间点的不同状态,混合液滴上有深灰色的标记。ⅰ表示初始位置时混合液滴的灰色标记在右侧;ⅱ表示混合液滴受到声压力场作用一段时间后,混合液滴的深灰色标记由右侧移动至前面,也即混合液滴在声压力场中旋转了一定角度;ⅲ表示混合液滴受到声压力场作用又一段时间后,混合液滴的深灰色标记由前面移动至左侧,也即表示混合液滴在声压力场中又旋转了一定角度;ⅳ表示混合液滴受到声压力场作用又一段时间后混合液滴的深灰色标记由左侧移动至后面,也即表示混合液滴在声压力场中又旋转了一定角度。图3中的ⅴ、ⅵ、ⅶ、ⅷ分别表示同一混合液滴位于声压力场中不同时间点的内部形态,图3中的ⅴ、ⅵ、ⅶ、ⅷ中的圆形区域均表示同一混合液滴,圆形区域内部的黑点均表示混合液滴内的检测试剂物质和待测物质,ⅴ、ⅵ、ⅶ、ⅷ中的圆形区域内的黑点位置均不相同,也即混合液滴的内部物质受到声压力场作用在混合液滴内部不断流动。
在一种可能的设计中,安装座320用于安装超声波换能器310的表面称为安装面323,安装座320的安装面323可以为平面,且为圆形、方形或者其他任一形状。在一种具体实施例中,安装面323为圆形平面,多个超声波换能器310在安装面323上呈圆形阵列状分布,例如,多个超声波换能器310分为多组,每组的超声波换能器310的数量不等,以超声波换能器310的数量为36个为例,将36个超声波换能器310分为三组,第一组的超声波换能器310的数量为6个,第二组的超声波换能器310的数量为12个,第三组的超声波换能器310的数量为18个,每组的超声波换能器310分别沿不同大小的圆形路径均匀间隔分布,且三组的圆形路径的圆心均与安装面323的圆心重合。反射板的反射面可以是平面状、球冠状或者其他任意形状。
在一种可能的设计中,多个超声波换能器310的超声波发射方向不同,且各超声波换能器310的超声波发射方向均指向检测区。以使得声压力场在检测区的强度较声压力场中的其他区域的强度更强,从而使得位于检测区的待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴悬浮更加稳定,混合液滴的不同部分所受到的不同大小、不同方向的声辐射压力更多,使得混合液滴所形成的微涡旋搅拌更为明显,也即使得促进待测样品液滴与检测试剂液滴的混合的速度更快。
在一种可选实施方式中,安装座320为平板状,安装座320上设置有多个安装支架,安装支架的数量与安装座320上的超声波换能器310的数量相等,安装支架具有斜面,各安装支架的斜面均朝向检测区。各超声波换能器310对应放置于一个安装支架的斜面上,使得各超声波换能器310的超声波发射方向均均指向检测区。
在另一种可选实施方式中,如图1所示,安装座320具有球冠状的安装面323,多个超声波换能器310在安装面323间隔分布。
在一种具体实施例中,安装座320的球冠状安装面323上设置有多个固定支撑件321,固定支撑件321的数量与超声波换能器310的数量相等,每个超声波换能器310分别对应安装于一个固定支撑件321上。如图4所示,安装面323的参数为:曲率半径6cm,最大直径8cm。多个固定支撑件321在安装面323上呈阵列状分布,多个固定支撑件321分为多组,每组的固定支撑件321的数量不等,以固定支撑件321的数量为36个为例,将36个固定支撑件321分为三组,第一组的固定支撑件321的数量为6个,第二组的固定支撑件321的数量为12个,第三组的固定支撑件321的数量为18个,每组的固定支撑件321分别沿不同大小的圆形路径均匀间隔分布。第一组的固定支撑件321位于安装面323的内圈,第二组的固定支撑件321沿第二圆形路径均匀间隔分布于安装面323,第一组的固定支撑件321沿第一圆形路径均匀间隔分布于第二组的固定支撑件321的内侧安装面,第三组的固定支撑件321沿第三圆形路径均匀间隔分布于第二组的固定支撑件321的外侧安装面,安装面323的球心位于安装座320靠近检测区的一侧,安装面323的球心与安装面323的中心所连成的直线为安装面323的中心线,三组圆形轨道的圆心均位于中心线上,且第一组固定支撑件321、第二组固定支撑件321以及第三组固定支撑件321沿中心线依次均匀间隔设置。
在一种可能的设计中,各超声波换能器310可以与安装座320固定连接,例如超声波换能器310与安装座320之间通过焊接、胶合粘接等形式连接。或者,各超声波换能器310还可以与安装座320可拆卸连接,例如,安装座320上设有多个安装槽,各超声波换能器310通过卡扣的形式分别与安装槽卡接;或者,安装座320上设有带螺纹孔的安装槽,各超声波换能器310通过螺纹配合的方式分别与安装槽连接。各超声波换能器310与安装座320之间采用可拆卸连接结构连接,当任一超声波换能器310出现故障时,只需将故障的超声波换能器310拆下来进行维修或更换,不会对其他超声波换能器310造成干扰。又或者,各超声波换能器310还可以与安装座320铰接,使得超声波换能器310可以相对于安装座320摆动。安装座320上安装有多个驱动器,各超声波换能器310分别连接有一个驱动器,驱动器的一端固定于安装座320上,驱动器的输出端与超声波换能器310连接,驱动器用于驱动超声波换能器310相对于安装座320摆动,从而产生不同的声压力场,以使得位于声压力场中的待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴的悬浮位置以及移动轨迹更加多样化。驱动器可为气缸、电机或者其他驱动机构。
在一种可能的设计中,如图1所示,超声组件的数量为两个,两个超声组件分别安装于壳体100中沿第一方向(图中A-B箭头所示方向)的相对两侧,且两个超声组件分别位于检测区的两侧,例如,在图1所示方向中,其中一个超声组件安装在检测区的上方,另一个超声组件安装在检测区的下方。两组超声波组件中的多个超声波换能器310的排布方式相同。例如,超声波换能器310的数量为72个,则两组超声波组件的超声波换能器310的数量均为36个,各超声波组件中的36个超声波换能器310均呈阵列状分别安装于对应的安装座320上,两个安装座320的最远距离为14cm。两组超声组件中的超声波换能器310均朝向检测区,并向检测区发射超声波,在两组超声波换能器310之间形成声压力场,检测区位于声压力场中,超声波在声压力场中形成驻波,使得位于检测区中的待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴悬浮于检测区,通过改变超声波换能器310的相位,从而改变驻波在声压力场中的位置,使得位于检测区中的待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴随着驻波的位置的变化而移动。采用两组超声组件在检测区的两侧且均相对检测区的方向发射超声波,降低了超声波在传播和反射的过程中的能量损耗。
在一种可能的设计中,自动化检测装置还包括换能器控制***,换能器控制***与各超声波换能器310分别信号连接,换能器控制***用于控制各超声波换能器310的相位。如图5所示,超声波换能器310的数量为72个,72个超声波换能器310被平均分为两组,每组的超声波换能器310的数量为36个,将72超声波换能器310依次进行编号。图5中的72个圆圈分别表示72超声波换能器310,圆圈中的数字即为每个超声波换能器310的编号,1号至36号所指的超声波换能器310为一组且分别与换能器控制***连接,37号至72号为一组且分别与换能器控制***连接。在一种具体实施方式中,换能器控制***包括控制器和驱动电路,控制器与驱动电路信号连接,驱动电路与各超声波换能器310信号连接,图5中的各超声波换能器与驱动电路连接的线条代表72个超声波换能器310分别与驱动电路信号连接。信号连接可以为无线连接(例如蓝牙连接)或者电连接(例如通过线缆连接)等,换能器控制***的控制器通过控制驱动电路,从而控制各超声波换能器310的相位,以改变超声波换能器310发射出不同频率和相位的超声波。
在一种可能的设计中,各安装座320均设置有通孔322,两个安装座320中,其中一者的通孔322与第一通道210连通,另一者的通孔322与第三通道230连通。如图4所示,安装座320的通孔322设置于多个固定支撑件321阵列的中心,待测样品液滴从第一通道210通过安装座320的通孔322直接进入两组超声波换能器310之间的声压力场中。换能器控制***通过改变各超声波换能器310的相位,来驱动待测样品液滴移动至位于声压力场中的检测区并悬浮,检测试剂液滴通过第二通道直接进入检测区并与位于检测区中的待测样品液滴混合形成混合液滴,混合液滴中的检测试剂对混合液滴中的待测样品进行检测,检测完成之后,换能器控制***改变各超声波换能器310的相位,驱动混合液滴移动至第三通道230并排出密封腔110。
在一种可能的设计中,第一通道210与第三通道230分别连接有控制开关,控制开关用于分别控制对应的第一通道210与第三通道230的开闭;所述第二通道输入端连接有注射泵,输出端连接有注射针。注射针的针头位于检测区,注射泵连接有注射泵控制***,注射泵控制***用于控制注射泵向第二通道内注入测试剂液滴,检测试剂液滴通过第二通道后进入注射针,检测试剂液滴通过注射针进入检测区。
在一种具体实施方式中,待测样品液滴通过第一通道210进入检测区后,待测样品液滴通过声压力场悬浮于检测区,且待测样品液滴靠近注射针的针头,注射针直接将检测试剂液滴注入待测样品液滴中形成混合液滴。
在另一种具体实施方式中,注射针仅将检测试剂液滴注入检测区,换能器控制***控制超声波换能器310改变相位,以改变超声波换能器310产生的声压力场,从而控制检测试剂液滴移动至待测样品液滴并与待测样品液滴混合形成混合液滴。
在一种可能的设计中,检测员可以通过手动操作控制开关分别控制对应的第一通道210与第三通道230的开闭。或者,各控制开关分别连接有开关控制***,通过开关控制***操控控制开关的开闭,以控制第一通道210与第三通道230的开闭。控制开关可以包括电磁阀、电机驱动开关等电控开关。
在一种具体实施方式中,第一通道210连接有自动进样装置,自动进样装置与开关控制***信号连接,自动进样装置内储存有待测样品,开关控制***控制自动进样装置自动进样。自动进样装置可以是注射泵或者其他可以实现自动进样的结构。
在一种可能的设计中,第二通道的数量为两个,分别称为第一试剂通道221和第二试剂通道222,第一试剂通道221与第二试剂通道222分别位于壳体100沿第二方向的相对两侧,第一方向与第二方向呈角度设置。在一种具体实施例中,如图1所示,第一方向与第二方向(图中C-D箭头所示方向)垂直,第一方向为竖直方向,第二方向为水平方向。第一试剂通道221与第二试剂通道222分别用于供第一检测试剂液滴和第二检测试剂液滴进入检测区。
在一种具体实施方式中,第一试剂通道221与第二试剂通道222均对应设置有注射泵和注射针。第一试剂通道221的输入端连接有注射泵,第一试剂通道221的输出端连接有注射针,第一试剂通道221对应的注射针的针头位于检测区,第一试剂通道221对应的注射泵用于将第一检测试剂液滴注入第一试剂通道221内,第一检测试剂液滴由第一试剂通道221的注射针注入位于检测区的待测样品液滴中。第二试剂通道222与注射泵、注射针的连接结构与第一试剂通道221的相同,第二试剂通道222的注射泵用于使得第二检测试剂液滴注入第二试剂通道222内,第二试剂通道222由第二试剂通道222的注射针注入位于检测区的待测样品液滴中。
在一种具体实施方式中,第一检测试剂液滴含有荧光探针,第二检测试剂液滴含有淬灭探针,在第一检测试剂液滴与第二检测试剂液滴进入检测区并与待测样品液滴混合形成混合液滴后,混合液滴中的不同部分在声压力场的不同大小、不同方向的声辐射压力作用下形成微涡旋搅拌,促进了目标探针的形成,从而促进荧光探针、淬灭探针与目标探针的结合,淬灭探针掩盖了荧光探针发出的荧光,通过测量悬浮液滴内含荧光强度的变化值,实现对待测样品的检测。
在一种可能的设计中,为满足测试需求,当需要多种检测试剂时,第二通道的数量还可以为更多个,例如还可以设置第三试剂通道、第四试剂通道等。在一种具体实施方式中,第三试剂通道与第四试剂通道分别位于壳体100沿第三方向的相对两侧,第一方向、第二方向与第三方向分别呈角度设置。
在一种可能的设计中,自动化检测装置还包括调节控制***和调节装置,调节装置与调节控制***信号连接,调节装置用于检测密封腔110中的温度和湿度并将密封腔110中的温度值和湿度值反馈给调节控制***,调节控制***控制调节装置将密封腔110中的温度和湿度分别调节至设定温度范围内和设定湿度范围内。
在一种具体实施例中,调节装置包括温度调节器和湿度调节器,温度调节器包括温度传感器和温度调节结构,温度传感器与温度调节结构分别与调节控制***信号连接,温度传感器用于检测密封腔110内的温度,并将密封腔110内的温度值反馈给调节控制***,调节控制***将温度传感器反馈的数据分别与设定温度范围的上限值和下限值进行比较,若温度传感器反馈的数据超出设定温度范围(也即在上限值之上或者下限值之下),则调节控制***控制温度调节结构将密封腔110内的温度调节至设定温度范围内。温度调节结构可以包括加热丝、冷凝器等任意一种或多种可以调节温度的结构。湿度调节器包括湿度传感器和湿度调节结构,湿度传感器与湿度调节结构分别与调节控制***信号连接,湿度传感器用于检测密封腔110内的湿度,并将密封腔110内的湿度值反馈给调节控制***,调节控制***将湿度传感器反馈的数据分别与设定湿度范围上限值和下限值进行比较,若湿度传感器反馈的数据超出设定湿度范围,则调节控制***控制湿度调节结构将密封腔110内的湿度调节至设定湿度范围内。湿度调节结构可以包括加热丝、加湿器等任意一种或多种可以调节湿度的结构。
在一种可能的设计中,如图6所示,动化检测装置还包括主控制***,换能器控制***、注射泵控制***、开关控制***以及调节控制***均与主控制***信号连接,主控制***受用户调节平台控制,用户调节平台与主控制***可以通过无线连接也可以通过电连接,用户调节平台向主控制***发送控制指令,主控制***分别控制换能器控制***、注射泵控制***、开关控制***以及调节控制***运行。
如图7至图12所示,换能器控制***还包括控制模块、稳压模块、无线信号传输模工作信号指示模块以及串口转换模块。
如图7所示,图7为换能器控制***的控制模块的接线示意图,控制模块采用MEGA328P单片机作为控制器,且为整个换能器控制***的核心,MEGA328P单片机所需电压为5V。
如图8所示,图8为换能器控制***的稳压模块的接线示意图,稳压模块中的LM7805为三端稳压集成电路,LM7805将外部输入电压转换成稳定的5V直流电压,以供MEGA328P单片机使用。
如图9所示,图9为换能器控制***的驱动电路接线示意图,L298N为电机驱动芯片,驱动电路包括两个信号调节器X1、X2,MEGA328P单片机通过PC0接口、PC3接口向L289N电机驱动芯片发送控制信号,L289N电机驱动芯片接收到MEGA328P单片机发送的控制信号后,分别驱动X1和X2运行,X1和X2分别驱动两组超声组件中的多个超声波换能器310运行以及分别改变两组超声组件中的多个超声波换能器310的相位,例如,X1控制其中一组超声组件中的多个超声波换能器310,X2控制另外一组超声组件中的多个超声波换能器310。多个超声波换能器310发射出超声波,使得在两组超声波组件之间产生声压力场,两组超声波组件分别位于检测区的两侧,检测区位于声压力场中,位于检测区的待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴在声压力场中的悬浮力的作用下悬浮,MEGA328P单片机通过控制驱动电路来分别控制多个超声波换能器310改变相位,从而控制检测区中的待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴移动。
如图10所示,图10为换能器控制***的无线信号传输模块的接线示意图,无线信号传输模块用于无线控制(例如蓝牙控制),无线通讯模块用于接收主控制***发射的控制信号并将主控制***发射的控制信号转送至MEGA328P单片机中进行处理。无线通讯模块还用于接收MEGA328P单片机发送的控制信号并将MEGA328P单片机发送的控制信号发射至主控制***,无线通讯模块与MEGA328P单片机分别通过RXD接口、TXD接口进行信号传输。
如图11所示,图11为换能器控制***的工作信号指示模块的接线示意图,当换能器控制***开始运行时,MEGA328P单片机向工作信号指示模块发送信号以控制工作信号指示模块中的LED灯亮指示自动化检测装置开始运行。
如图12所示,图12为换能器控制***的串口转换模块的接线示意图,串口转换模块用于连接电脑修改换能器控制***的指令程序。
在一种具体实施方式中,检测过程如下:
①.开启自动化检测装置,密封腔110内的温度和湿度受调节控制***分别调控至设定温度范围内和设定湿度范围内;
②.待测样品液滴通过第一通道210自动进样,开启超声波换能器310,在密封腔110内超声换能器发射出超声波形成声压力场,从而在密封腔110内使待测样品液滴悬浮(0.1~5μL);
③.待测样品液滴对应的检测试剂液滴分别通过第一试剂通道221、第二试剂通道222依次加入到待测样品液滴中形成混合液滴,此时超声波换能器310的相位保持不变,混合液滴的不同部分受不同的声压力作用内部形成微涡旋搅拌,混合液滴内含的待测标志物与对应的检测试剂(荧光探针和淬灭探针)加速搅拌混合,进一步加快了探针的结合效率;在混合液滴含有目标探针时,荧光探针和淬灭探针均与目标探针结合,淬灭探针的淬灭基团掩盖了荧光探针的荧光基团发出的荧光,通过测量悬浮液滴内含荧光强度的变化值,实现对待测样品的检测;
④.自动化检测装置内产生的声压力与待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴的重力形成的合力作用形成的微重力环境,使得待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴在声压力场内悬浮,同时由于待测样品液滴、检测试剂液滴或者混合液滴的不同部分在声压力场中受到的声辐射压力有所差异,以混合液滴为例,不同的声辐射压力与混合液滴各个部分所受到的重力作用产生合力,从而导致混合液滴内部产生微涡旋搅拌,从而为待测物与检测试剂的进一步结合提供了微搅拌环境,提高了检测效率;
⑤.混合液滴完成检测后,超声波换能器310的相位发生改变,使得声压力场也随之改变,混合液滴在声压力场的连续变化下,受到声压力和重力的合力控制向壳体100的底部迁移,并通过第三通道230排出密封腔。
以上仅为本申请的可选实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动化检测装置,其特征在于,包括:
壳体,包括第一通道、第二通道、第三通道和密封腔,所述密封腔包括检测区,所述第一通道用于供待测样品液滴进入所述检测区,所述第二通道用于供检测试剂液滴进入所述检测区,所述第三通道用于供检测完成的液滴排出所述密封腔;
超声波悬浮机构,位于所述密封腔,所述超声波悬浮机构与所述壳体连接,所述超声波悬浮机构用于发出超声波,以在所述检测区内产生声压力场,所述声压力场用于使位于所述声压力场中的所述待测样品液滴和所述检测试剂液滴悬浮及移动,使所述待测样品液滴与所述检测试剂液滴混合形成混合液滴并悬浮,所述声压力场还用于使得检测完成的所述混合液滴移动至所述第三通道并排出所述密封腔。
2.如权利要求1所述的自动化检测装置,其特征在于,所述超声波悬浮机构包括超声组件,所述超声组件包括安装座和多个超声波换能器,多个所述超声波换能器呈阵列状安装在所述安装座上,所述安装座与所述壳体连接。
3.如权利要求2所述的自动化检测装置,其特征在于,多个所述超声波换能器的超声波发射方向不同,且各所述超声波换能器的超声波发射方向均指向所述检测区。
4.如权利要求3所述的自动化检测装置,其特征在于,所述安装座具有球冠状的安装面,多个所述超声波换能器在所述安装面间隔分布。
5.如权利要求2所述的自动化检测装置,其特征在于,所述超声组件的数量为两个,两个所述超声组件分别安装于所述壳体中沿第一方向的相对两侧,且两个所述超声组件分别位于所述检测区的两侧。
6.如权利要求5所述的自动化检测装置,其特征在于,所述安装座设置有通孔,两个所述安装座中,其中一者的通孔与所述第一通道连通,另一者的通孔与所述第三通道连通。
7.如权利要求5所述的自动化检测装置,其特征在于,所述第二通道的数量为两个,分别为第一试剂通道和第二试剂通道,所述第一试剂通道与所述第二试剂通道分别位于所述壳体沿第二方向的相对两侧,所述第一方向与所述第二方向呈角度设置。
8.如权利要求2所述的自动化检测装置,其特征在于,还包括换能器控制***,所述换能器控制***与各所述超声波换能器分别信号连接,所述换能器控制***用于控制各所述超声波换能器的相位。
9.如权利要求1所述的自动化检测装置,其特征在于,所述第一通道与所述第三通道分别连接有控制开关,所述控制开关用于分别控制对应的所述第一通道与所述第三通道的开闭;所述第二通道的输入端设置有注射泵,所述第二通道的输出端设置有注射针。
10.如权利要求1所述的自动化检测装置,其特征在于,还包括调节控制***和调节装置,所述调节装置与所述调节控制***信号连接,所述调节装置用于检测所述密封腔中的温度和湿度并将所述密封腔中的温度值和湿度值反馈给所述调节控制***,所述调节控制***控制所述调节装置将所述密封腔中的温度和湿度分别调节至设定温度范围内和设定湿度范围内。
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